Типы коммутаторов

Коммутатор – прибор, созданный для объединения нескольких интеллектуальных устройств для обмена данными в образовавшейся локальной сети. Поэтому его часто называют сетевым устройством. Второе сленговое название образовано от английского термина, в переводе означающего переключатель.

Что такое коммутатор простыми словами

Происхождение термина – латинское, в переводе означает – изменять, трансформировать. Это – многозначное слово, применяемое не только в электронике:

1. В телефонии - устройство для соединения между собой абонентов телефонной сети, в передаче данных, в абстрактной алгебре.
2. Синонимами термина указываются слова переключатель и распределитель, но это – односторонние, недостаточно емкие определения функциональности.
3. Коммутатором называют приспособление, прекращающее подачу электрического тока и обеспечивающее его замыкание или перенаправление.
4. В современной реальности неактуальны АТС и мало кому известна абстрактная алгебра, поэтому более актуален контекст: прибор, предназначенный для объединения нескольких электронных устройств в организованную и структурированную местную сеть или объединения небольших локальных сетей (далее – ЛС) в единую.

В это определение попадают и маршрутизаторы, и концентраторы, хотя второй тип (хабы), специалисты относят к прародителям коммутатора, а маршрутизаторы – к сетевым микрокомпьютерам, с более широким спектром возможностей.

Принципы работы

Сетевой коммутатор отличает небольшой процент задержки и высокая скорость транспортировки с каждого порта. У него есть ассоциативная память, в которой фиксируется соответствие узла и порта:

• новый изначально работает в режиме обучения, в таблицу коммутации поступают полученные данные с любого порта;
• анализ поступающих фреймов позволяет определить адрес отправителя (МАС-адрес);
• поступление новых кадров для хоста означает его перенаправление в порт, уже зафиксированный в таблице;
• если порт не определен, информация поступит на все устройства, кроме адреса отправителя;
• коммутатор способен самостоятельно заполнить свою таблицу и локализовать трафик.

Использование гаджета для объединения в одну нескольких локальных сетей всех электронных приборов, имеющихся в доме или офисе, означает, что необходимо применение разных режимов и видов. Для этого требуются вариации устройства и присущие ему возможности. Появляются новые типы, спрос на рынке рождает предложение, остается только правильно выбрать девайс для формирования единой сети.

Типы коммутаторов

Дифференцировать весь ассортимент, предложенный разработчиками, принято по количеству портов, от 4-х до 128-ми. Некоторые из них пригодны только для небольшой квартиры, есть способные поддерживать масштабные развертывания. Некоторые стоят на простом столе, есть требующие для установки стойку. Вариабельны скорость работы, пропускная способность.  

Применяемые устройства весьма условно делят на три типа:

• простые, и предварительно настраиваемые, неуправляемые, недорогие, с ограниченным количеством вариантов настройки;
• управляемые – с расширенным потенциалом, повышенным уровнем безопасности, поддержкой виртуальных сетей, ИП-маршрутизации;
• интеллектуальные, признанные золотой серединой между управляемыми и неуправляемыми, гармоничное сочетание доступной цены с расширенными возможностями.

В некоторых источниках, как отдельная категория, выделяются модульные свитчи. Это, скорее, дополнительное, чем основное приспособление. Их можно удалять или прибавлять, ориентируясь на насущные потребности пользователей ЛС.

Конструктивное исполнение

Единого описания нет, поскольку на рынке представлены разные типы и их разновидности. В число конструктивных элементов входят:

• пластиковый или металлический корпус вариабельных очертаний;
• панель, на которой дислоцируются порты;
• индикаторы и элементы управления;
• разъемы, к которым подсоединяются сегменты сети;
• интерфейсы – для мониторинга и координации.

Можно встретить утверждения, что конструкция несложная, однако это зависит от назначения и типа свитча, восприятия и квалификации пользователя.

Режимы коммутации

Выделяют три типа. Их дифференцируют по уровню надежности и времени ожидания ответа:

• при сквозном время ожидания минимальное, но есть вероятность ошибочной передачи (коммутатор считывает адрес и отправляет информацию, не занимаясь проверками);
• в промежуточном проверка проводится, но это означает максимальное время ожидания пользователем;
• бесфрагментарный – гибрид, который считывает адрес и проверяет на правильность первые десятки байтов, отправляемых получателю.

Отмечается, что коммутатор может менять режимы работы. Например, из сквозного (Cut-Through) перейти в бесфрагментарный (Fragment-Free) или промежуточный (Store and Forward), если обнаруживаются ошибки или их количество увеличивается.

Симметричная и асимметричная коммутация

Симметрия обеспечивает ширину полосы пропускания для каждого порта на коммутаторе, асимметрия нужна для поддержки полос вариабельных параметров. Второй тип нужен для одновременного обмена информацией между многочисленными пользователями, например, когда существует опасность переполнения, и снабжен обычно буфером памяти. Первый обладает более ограниченной функциональностью, применяется для небольших ЛС с ограниченными потоками информации.

Возможности и разновидности

Некоторые типы коммутаторов наделены дополнительными функциями, дифференциация по их наличию означает наличие для пользователя или администратора более широкого потенциала в применении:

• сегментацию сетей можно осуществлять при наличии пересылки данных по заявленным адресам;
• функционал маршрутизатора – перенаправление по ИП-адресам и создание сетевой архитектуры и архитектоники;
• управляемость – настраивание ВЛАН, ввод правил фильтрации, обеспечение контроля за доступом, мониторинг состояния трафика;
• РоЕ – передача энергии через основной кабель и подключение девайсов, у которых нет отдельного источника получения энергии.

Выбор подходящего для выполнения надобностей коммутатора должен осуществляться с учетом возможностей существующих разновидностей (Layer 2 или 3, Power over Ethernet).

Для чего нужен коммутатор

Необходимость переключателя, в любом его варианте, давно не ставится под сомнение. Даже человек без соответствующего образования со временем приходит к пониманию, что без него не обойтись. Коммутатор:

• объединяет разноплановые устройства (от ПК до серверов и принтеров) в ЛС;
• обеспечивает пользователю возможность обмена информацией между сегментами локальной сети;
• организует их совместную работу;
• принимает, сортирует и перенаправляет полученные пакеты от источников адресату.

Он необходим не только в многоуровневой и масштабной сети, но и в самой маленькой, если пользователь намерен правильно наладить ее работу.

Чем отличается коммутатор от концентратора

Хаб тоже передает данные в ЛС, но не дифференцирует адресатов, а отправляет пакеты от сервера или ПК по всем сегментам сети. Это создает неоправданно высокую нагрузку, что привело к постепенному выходу концентраторов из обращения. Коммутатор сортирует пакеты и отправляет только тем гаджетам, которым они адресованы.

Коммутаторы как основа сети передачи данных

Есть несколько способов построения виртуальных сетей, базовые – создание домена или использование МАС адресов подсоединенных устройств. Во втором случае пользователь может, используя один коммутатор, находиться в разных виртуальных сетях одновременно. Этому феномену уже посвящены многочисленные научные исследования.

Коммутаторы в сетевой архитектуре

Выполняемая роль зависит от групповой принадлежности: матричные, со сложностью организации, динамичны, но контролируют одно соединение. Шинные хорошо передают пакеты и упрощают организацию. Комбинированные используют гибрид между матричными и шинными, а вот выбор необходимого так и останется за пользователем.

Функциональные и конструктивные особенности коммутаторов

Можно перечислять бесконечно, но основное деление по конструктивным особенностям – на автономные, модульные и стековые.  В первых ограниченное количество портов, во вторых возможны вариации. Стек – это фиксированное количество портов, собранных в конфигурацию по заданной схеме.

Резервирование и отказоустойчивость

Возможно несколькими методами:

• подключение резервного аппарата (дублирование) на случай, если основный выходит из строя;
• отказоустойчивость обеспечивают протоколы групповой адресации;
• есть коммутаторы со встроенными дублями, на них автоматически переключается основное.

Есть варианты гаджетов с поддержкой РПС, обеспечивающей непрерывность работы, с предоставлением резервного питания.

Питание по сети

Есть два стандарта питания, подаваемого по витым парам. Работа РоЕ оборудования в коммутаторе обязана поддерживать все методы, а если есть какие-то особенности, производитель обязан отразить их в инструкции для пользователя.